基于虛擬樣機(jī)技術(shù)和顯式動(dòng)力的齒輪故障診斷模型.pdf

1、齒輪故障診斷模型的構(gòu)建已經(jīng)成為各種高端設(shè)備需要解決的共性關(guān)鍵問題。診斷齒輪裂紋故障，必須能夠準(zhǔn)確測定齒輪的動(dòng)載荷曲線，并能綜合利用這些動(dòng)載荷曲線，對齒輪進(jìn)行顯式動(dòng)力學(xué)分析。明確齒輪裂紋對齒輪運(yùn)動(dòng)參數(shù)中哪一項(xiàng)影響比較明顯，并以此參數(shù)為監(jiān)測對象在齒輪試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)，驗(yàn)證此齒輪裂紋故障診斷模型的可行性。本文以齒輪副為研究對象，利用虛擬樣機(jī)技術(shù)，提取齒輪的動(dòng)載荷曲線，然后基于顯式動(dòng)力學(xué)構(gòu)建有限元模型。在此模型基礎(chǔ)上輸入動(dòng)載荷曲線對正常齒輪和故

2、障齒輪進(jìn)行有限元分析，對比齒輪的速度、角加速度、應(yīng)力和應(yīng)變等參數(shù)的曲線特征，選擇有明顯區(qū)別的特征參數(shù)來實(shí)現(xiàn)齒輪在線監(jiān)測。
　　本論文首先簡要闡述齒輪故障診斷的發(fā)展現(xiàn)狀，選用虛擬樣機(jī)技術(shù)和顯式動(dòng)力學(xué)理論研究齒輪故障的必要性以及齒輪裂紋故障檢測的重要性。借助虛擬樣機(jī)技術(shù)在SolidWorks中構(gòu)建機(jī)械模型，LabVIEW中構(gòu)建上位機(jī)控制軟件，Ni Softmotion建立電氣控制系統(tǒng)。操作上位機(jī)軟件控制齒輪轉(zhuǎn)速，采集齒輪的動(dòng)載荷數(shù)據(jù)，

3、生成動(dòng)載曲線。與試驗(yàn)機(jī)上的傳感器采集真實(shí)物理環(huán)境的動(dòng)載荷曲線對比，證明使用虛擬樣機(jī)采集的動(dòng)載荷曲線具有可參考性和應(yīng)用性?；陲@式動(dòng)力學(xué)理論建立齒輪的有限元模型，輸入虛擬樣機(jī)采集到的動(dòng)載荷曲線，進(jìn)行有限元分析得到應(yīng)力云圖、應(yīng)變云圖和角加速度曲線等。綜合分析虛擬樣機(jī)、有限元分析模型和試驗(yàn)機(jī)采集的數(shù)據(jù)，確定以角加速度為特征參數(shù)，對齒輪進(jìn)行在線監(jiān)測。當(dāng)齒輪的角加速度出現(xiàn)異常時(shí)可以認(rèn)為齒輪很有可能已經(jīng)產(chǎn)生了裂紋。
　　最后通過使用現(xiàn)有試驗(yàn)機(jī)

4、，采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，然后和模擬出的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，驗(yàn)證有限元分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，證明本課題采用的齒輪故障診斷模型的可行性以及齒輪故障檢測方法的實(shí)用性。虛擬樣機(jī)的數(shù)據(jù)采集與分析，可以保證試驗(yàn)條件的統(tǒng)一性，降低了構(gòu)建物理樣機(jī)的實(shí)驗(yàn)成本，對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的觀察更為直觀和形象。
　　基于虛擬樣機(jī)技術(shù)和顯式動(dòng)力學(xué)理論構(gòu)建的齒輪裂紋故障診斷模型可以推廣應(yīng)用到齒輪箱、變速箱和減速器等以齒輪傳動(dòng)為主的關(guān)鍵零部件齒輪的在線監(jiān)測。預(yù)知齒輪裂紋的發(fā)生，及時(shí)更換齒輪，